顶盖后横梁外板拉深模CADCAM设计-毕业论文

广西工学院鹿山学院广西工学院鹿山学院 毕业设计（论文）说明书毕业设计（论文）说明书 题题 目：目：顶盖后横梁外板拉深模 CAD/CAM 设计 系系 别：别： 机械工程系 专业班级：专业班级： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 职职 称：称： 高级工程师 二二XX 年年 X 月月 XX 日日 摘要：摘要：目前，CAD/CAM 已经广泛用于各个社会生产领域，特别是对于生产复 杂产品如飞机、汽车、家电等制造业尤为重要，其应用水平和开发能力已成为衡量 一个国家、一个企业技术水平的重要标志之一。 本课题是以此为前提下进行汽车顶盖后横梁外板拉深模的 CAD/CAM 的设计。 首先根据拉深模结构特点，先确定模具的设计方案，然后对设计方案进行分析论证。 设计方案确定以后，用 UG NX4.0 的 CAD 模块进行三维实体建模，用 UG NX4.0 的 CAM 模块对拉深模上下模的型面、导板进行刀路模拟仿真加工。 关键词关键词：发展前景；CAD/CAM 技术；三维建模；工艺分析；刀具路径模拟。 Abstract：At present, CAD / CAM has been widely applied in various fields of social production, especially for the production of complex products such as aircraft, automobiles, household appliances manufacturing industry is particularly important, their application level and development capacity has become the measure of a country, an important technical level of enterprises one of the hallmarks. This issue is on this premise car roof beams outside the board after the drawing die CAD / CAM design.First of all to determine the thinking and planning of the general design according to the characteristics of the structure of drawing die, and then analytic demonstration for design proposal. First, 3D solid modeling and then simulation processed for molding surface and director plate of the drawing die with the CAD module of UG NX4.0 before design proposal identification. Keyword：Prospects; CAD/CAM Technology; 3D Modeling; Process Analysis; Tool Path Simulation. 目录目录 前言前言 1 1 1 绪论绪论 .2 1.1 CAD/CAM 技术的定义 2 1.2 汽车覆盖件模具 CAD/CAM 技术的发展现状2 1.3 汽车覆盖件模具 CAD/CAM 的技术特点4 1.4 汽车覆盖件模具 CAD/CAM 的未来发展趋势5 2 2 CAD/CAMCAD/CAM 软件选择软件选择7 2.1 国内外常用软件介绍7 2.1.1 主流设计（CAD）软件 7 2.1.2 主流制造（CAM）软件 7 2.2 CAD/CAM 方案选择 8 3 3 UGUG NXNX 的的 CAD/CAMCAD/CAM 子系统设计子系统设计.12 3.1 基于 UG NX 的 CAD 子系统设计.12 3.2 基于 UG/CAM 子系统设计15 3.3 数控加工工艺分析.16 3.4 顶盖后横梁外板拉深模工艺分析.24 3.4.1 凹模加工工艺分析 25 3.4.2 压边圈加工工艺分析 31 3.4.3 凸模加工工艺分析 34 4 4 顶盖后横梁外板拉深模程序生成的一般步骤顶盖后横梁外板拉深模程序生成的一般步骤 42 4.1 加工前的准备工作.42 4.2 打开 UG 模型43 4.3 创建程序.44 4.4 建立刀库 44 4.5 创建几何体.45 4.6 创建加工方法.46 4.7 创建操作 46 4.8 3D 型面余量测试步骤 47 4.9 等高轮廓铣的操作步骤.50 4.10 3D 轮廓铣操作步骤 .56 4.11 固定轴曲面铣操作步骤57 4.12 清根操作步骤59 4.13 凹模 NC 加工清单表.62 4.14 刀具路径后处理 .62 4.15 输出车间工艺文件63 结束语结束语 .64 致谢词致谢词 .65 参考文献参考文献 .66 附录附录 .67 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 1 前言 随着人们生活水平的提高，消费者的价值观正在发生结构性的变化，呈现出多 样化与个性化，用户对各类产品的质量，产品的更新换代的速度，以及产品从设计、 制造到投放到市场的周期都提出了越来越高的要求。为了适应这种变化，工厂的产 品也向着多品种、中小批量方向发展。要适应这种瞬息万变的市场要求，则要求生 产更具有柔性。计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)就是满足这种新的要 求而产生的一种新的制造方法。 目前，CAD/CAM 技术已被广泛应用于机械、电子、汽车、船舶、航天、航空、轻 工等各个领域。CAD/CAM 技术被称为工业起飞的引擎，它推动了几乎所有领域的技术 革命，它的发展和应用水平已成为衡量一个国家科技和工业现代化水平的重要标志 之一。 模具是数控加工 CAD/CAM 技术应用最为广泛和典型的一个领域。模具 CAD/CAM 制造技术水平正在成为衡量一个国家制造业水平的重要评价指标之一。提高模具 CAD/CAM 制造水平不但要有先进的制造设备，更重要的是要有掌握先进制造技术的人 才。模具 CAD/CAM 技能人才是指掌握着先进的 CAD/CAM 软件应用技能和数控加工实 用技术，结合了模具制造工艺知识的综合型人才。作为华南地区模具制造业的主流 技术，CAD/CAM 技术已逐渐成为普遍使用的技能，因此模具制造业对此类人才的需求 量十分巨大，也使得这类技能型人才呈现出供不应求的局面 为此我专门针对目前的模具设计、制造状况进行汽车顶盖后横梁外板拉深模的 CAD/CAM 技术的应用研究， ，寄以期待提高我的整体技术水平。以满足我们模具设计 与制造的需求，更希望能给现代化建设尽点滴之力。 下图 1 所示为顶盖后横梁外板产品图 图 1 顶盖后横梁外板 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 2 1 绪论 1.11.1 CAD/CAMCAD/CAM 技术的定义技术的定义 计算机辅助设计（Computer Aided Design)与计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing)简称 CAD/CAM 是指利用计算机帮助人们处理各种信息，进行 产品从设计到制造全过程的信息集成和信息流自动化。它能够将传统的设计与制造 彼此相对独立的工作作为一个整体来考虑，实现信息处理的高度一体化。 计算机辅助设计（CAD）功是指工程技术人员在人和计算机组成的系统中以计算 机为辅助工具，完成产品的数值计算、产品性能分析、实验数据处理、计算机辅助 绘图、仿真及动态模拟等工作，从而提高产品的设计质量、缩短产品的开发周期、 降低产品的成本。 计算机辅助制造（CAM)有广义和狭义两种定义。广义 CAM 是指利用计算机辅助 完成制造信息处理的全过程。它包括工艺过程设计、工装设计、数控编程、生产作 业计划、生产过程控制和质量监控等。狭义 CAM 是指 NC 程序编制，包括刀具路径规 划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真及数控代码的生成。 1.21.2 汽车覆盖件模具汽车覆盖件模具 CAD/CAMCAD/CAM 技术的发展现状技术的发展现状 早在 60 年代初期，国外一些汽车制造公司就开始了模具 CAD 的研究。这一研究 始于汽车车身的设计，在此基础上复杂曲面的设计方法得到了发展，各大汽车公司 都先后建立了自己的 CAD/CAM 系统，并将其应用于模具设计与制造。计算机软、硬 件技术的迅猛发展，为模具 CAD/CAM 的开发应用向更高层次的拓展创造了条件。 在 几何造型方面，基于线框模型的 CAD 系统率先由飞机和汽车制造商开发并应用。例 如：美国 Lockhead 飞机公司、McDonnell Douglas 飞机公司、General Motor 汽车 公司的 CAD 系统、CADD 系统、AD2000 系统等，均推动了模具 CAD 技术的发展。 70 年代以来，曲面造型与实体造型技术发展迅速，新一代的 CAD 软件均是实体造型与 曲面造型兼备的系统，能适用于复杂模具的设计和制造，在模具界得到了广泛的应 用。象美国 Ford 汽车公司的 CAD/CAM 系统中所包括的模具 CAD/CAM 部分，取代了人 工设计与制造，设计方面采用人机交互进行三维图形处理、工艺分析与设计计算等 工作，完成二维绘图，生成生产零件图、材料表以及工序、定额、成本等文件。系 统还包括一些专业软件，如工艺补充面的设计、弹塑性变形的分析、回弹控制与曲 面零件外形的展开等等，部分已用于生产，部分还在研究、完善当中。日本 TOYOTA 汽车公司从 1980 年开始研制汽车覆盖件模具 CAD/CAM 系统，此系统包括处理覆盖件 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 3 模面的 Die-Face 软件和加工凸、凹模的 TINCA 软件等。由三坐标测量机将实物模型 测量后所获得的数据送入计算机，经处理后再把这些数据用于汽车覆盖件设计、模 具设计和制造。该系统的三维图形功能较强，能在屏幕上反复修改曲面形状，使工 件在冲压成形时不至于产生各种工艺缺陷，从而保证工件质量；DIECOMP 公司研制成 功的模具 CAD 系统，使整个生产准备周期由 18 周缩短为 6 周。 与此同时，欧洲的 一些国家在冲模 CAD/CAM 研究和应用方面也取得了很大进展，例如法国雷诺汽车公 司应用 Euclid 软件系统作为 CAD/CAM 的主导软件，目前已有 95%的设计工作量用该 软件完成，而且雷诺汽车公司在 Euclid 主导软件的基础上还开发出了许多适合汽车 工业需求的模块，如用于干涉检查的 Megavision 和用于板金成形分析的 OPTRIS 等。 目前我国已有许多企业采用模具 CAD 技术，并在计算机自动编程技术上取得了丰富 的经验和技巧，使模具精度和生产率大为提高。以从美国 Autodesk 公司引进的 AutoCAD 为代表的一批绘图软件正在模具行业中逐渐普及，计算机绘图正在逐步取代 手工绘图。国内的一批大、中型企业(以汽车和家电行业为主)，陆续从国外引进了 相当数量的 CAD 系统，并配置了一些设计、分析的专用软件，取得了明显的经济效 益。但是，由于多方面的原因，现在仍有许多企业还停留在手工设计模具的阶段， 尽管有些单位已经甩掉了图板，实现了无图纸设计，其模具 CAD 工作的相当部分也 只是用计算机画图(Computer Aided Draft)和进行二维设计，只有极个别企业的汽 车模具设计和制造能力接近国际先进水平。1989 年，成都成飞汽车模具中心采用国 外的 CAD/CAM 技术、数控加工与数控测量技术，以数字传递为主，成功地设计制造 了依维柯汽车车身全套外主模型。 此外，尽管国内一些拥有自主版权的软件，如上 海交大国家模具 CAD 工程研究中心开发的冷冲模 CAD 系统、武汉华中理工大学模具 技术国家重点实验室开发的塑料注射模 CAD/CAE/CAM 系统 HSC2.0 和北京航空航天大 学华正模具研究所开发的 CAD/CAM 系统 CAXA 等，解决了生产中的一些问题，但还没 有得到很好的推广和使用。 目前欧美推出一种新车型需要 48 个月，日本则只需 30 个月。我国在对汽车新车型，尤其是轿车车型的开发设计技术方面比较落后，其中 一个重要的原因就是覆盖件模具的设计效率低。国内传统的模具设计方法已适应不 了汽车工业的发展需要，而引进国外的覆盖件模具产品不仅要花费大量的外汇，而 且会严重阻碍汽车产品的更新换代。要解决上述问题，就必须研究开发我国自己的 模具 CAD 技术。同时引进国外先进的通用造型软件进行二次开发无疑是一种必要而 又有效的手段。 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 4 1.31.3 汽车覆盖件模具汽车覆盖件模具 CAD/CAMCAD/CAM 的技术特点的技术特点 一般覆盖件成形都要依次经过拉延、切边、整形、翻边和冲孔等几道工序。第 一道工序，即拉延工序中最重要的是工艺补充面的设计。工艺补充面设计得好坏直 接影响到所设计的模具能否拉出合格的零件，能否减少调试模具的时间，缩短整个 模具的生产周期。大型模具结构一般都比较复杂，一副大型覆盖件模具有上百个零 件，模具的外形尺寸也比较大。模具结构设计一般可分为二维设计和三维设计两种， 两种方法各有其优、缺点。 计算机二维设计与手工图板设计相似，属平面绘图，其 优点是设计速度快、占用计算机内存小、对计算机硬件配置要求不高，是一种投资 小、见效快的方法；它的缺点是设计错误不易被发现，不能直接用于分析和加工。 三维设计有很多优点，如可实现参数化、基于特征、全相关等，使得产品在设计阶 段易于修改，同时也使得并行工程成为可能。三维设计形象、直观，设计结构是否 合理使人一目了然。同时，三维设计的自动标注尺寸减少了人为设计错误，但三维 模具设计目前也存在一些问题，例如：计算机运算速度低、软件占用硬盘和内存的 空间大、模具结构投影线条多、设计速度慢等。车身覆盖件在汽车整车中占据着重 要的位置，而覆盖件模具是生产覆盖件的主要工艺装备，对车身质量的好坏起着决 定性的作用。目前国外汽车覆盖件模具 CAD/CAM 技术的发展已进入实质性的应用阶 段，不仅全面提高了模具设计的质量，而且大大缩短了模具的生产周期。 近些年来，我国在汽车覆盖件模具 CAD 技术的应用方面也取得了显著的进步， 但目前依然存在着以下一些问题： (1)设计效率低 由于我国 CAD 技术起步较晚，专业人员水平较低，既懂专业又 熟悉 CAD/CAM 应用软件技术的人才十分缺乏，因而开发能力较差，自主开发的 CAD 软件质量不高，设计效率低。 (2)标准化程度低 由于各行业有各行业的标准，各企业有各企业的标准，各模 具生产厂家之间没有形成一定的设计、制造规范，因而造成现有覆盖件冲模 CAD/CAM 系统的集成化程度和智能化程度都比较低。 (3)现有 CAD 软件专用性差 目前国内自主开发的 CAD 软件较少，而多数厂家引 进的国外先进软件多为通用型软件，未经开发则专用性较差。 (4)覆盖件冲模 CAD/CAM 技术的开发手段比较落后，开发的 CAD/CAM 系统在质量、 可靠性上难以保证，并且开发周期长。 (5)现有的冲模 CAD 系统的人机界面不能满足多种用户的要求。 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 5 (6)主要应用 CAD 进行二维设计，而且大多停留在用计算机绘图代替手工绘图的 基础上。 1.41.4 汽车覆盖件模具汽车覆盖件模具 CAD/CAMCAD/CAM 的未来发展趋势的未来发展趋势 模具技术是制造业中发展最快的技术之一，其特点是数量很大，批量极小，换 代非常快。从理论上说，它是 CAD 技术最能发挥优越性的领域。但我国目前模具 CAD 的成果并不十分显著，尤其是在汽车覆盖件模具 CAD 技术应用方面，这项技术的巨 大潜力还未充分发挥出来，解决这个问题的关键就是要提高模具的设计效率。目前 在模具 CAD 技术的发展方面存在着以下几种趋势： 1.模具 CAD 的参数化 参数化造 型方法是 CAD 技术中较先进的造型方法，也是提高 CAD 工作效率的有效手段。它是 针对各种冲压模具总体结构一般均具有较规范形式的特点，为各个零件的基本尺寸 建立相应的参变量，在实际的几何和拓扑的基础上建立各零件要素之间的相互关系。 当由于模具结构不同而导致模具零件尺寸发生变化时，改变参数文件中有关变量的 取值，则与之相关的零件模型中的相应尺寸标注值亦发生变化，通过尺寸驱动模块 处理后即可生成大小符合实际尺寸标注的零件。 模具 CAD 的智能化 冲压件模具设计的难度主要表现在设计理论的不完备性以及 只能意会而难以言传的专家经验表达和利用上。同手工设计一样，在利用通用 CAD 软件(包括新型集成化 CAD 软件)进行覆盖件模具设计时，在很大程度上必须依赖于 模具专家的干预。为了实现模具结构设计的自动化，减少对模具专家的依赖性，必 须开发专用的汽车覆盖件模具结构设计智能化软件，把总结出来的以往设计、制造 中的成功经验应用到模具设计中去，形成计算机里的知识库和智能库，生成专家系 统，从而使 CAD 系统能够胜任模具设计专家的工作，设计出符合要求的汽车覆盖件 模具，这也就是所谓的模具 CAD 的智能化。 智能 CAD 以人类思维的认识理论为基础， 将设计人员擅长的逻辑判断、综合推理、形象思维能力与计算机的高速、精确计算 能力相结合，从而使 CAD 系统能够胜任模具设计专家的工作，设计出符合要求的冲 压件模具。 模具 CAD 的一体化 模具 CAD 的一体化就是从传统的设计方式向 CAD/CAE/CAM 一 体化方向发展。模具设计过程是一个信息处理、交换流通和管理的过程，采用弹塑 性大变形有限元模拟技术可以分析材料的塑性成形过程，提高工艺分析和模具 CAD/CAM 系统的功能，有利于创造更高级的 CAD/CAM 系统，因而，CAD/CAE /CAM 一 体化能够对设计和制造过程中信息的产生、转换、存储、流通管理进行分析和控制， 将它们有机地“集成”在一起，这样有利于取得最佳效益。 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 6 模具 CAD 的专业化 未来的模具 CAD 将走向更加专业化的道路。一些通用的软件 由于其功能繁多，专业性较差，已不能满足大型模具 CAD 的需要。更好的方法是软 件公司与专业模具厂密切合作，开发专用性很强的模具 CAD 软件，如美国 PTC 软件 公司与日本 TOYOTA 汽车公司在 PRO/E 软件基础上开发的模具型面设计模块 PRO/DIEFACE 等，这也是模具 CAD 的一个发展方向。对于国内的模具厂家来说，在引 进国外先进 CAD 软件(如 UG、Pro/E 等)的基础上，利用二次开发技术，针对本部门 产品的特点，开发专用的模具 CAD 系统是一条可行和经济之路。 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 7 2 CAD/CAM 软件选择 2.12.1 国内外常用软件介绍国内外常用软件介绍 随着模具技术在各个领域得到了广泛的应用，以及计算机的迅速发展与广泛应 用，各种 CAD/CAM 软件随之诞生，总结国内外用的比较多的软件如下。 2.1.1 主流设计（CAD）软件 AutoCAD 是应用最广泛的 CAD 软件，它优良的二次开发工具使其能够活跃在各类 CAD 专业领域。 CAXA 是北京北航海尔软件有限公司开发的 CAD/CAM 软件，其初级产品 CAXA 电子 图板具有较厂泛的应用，可帮助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包 装的设计。 PICAD 是另一种国产 CAD 软件产品，是参数化、集成化的计算机辅助设计系统， 也是二维 CAD 支撑平台及交互式工程绘图系统。 2.1.2 主流制造（CAM）软件 （1) Masteream Mastercam 是由美国 CNC Software 公司推出的基于 PC 平台的 CADIC AM 软件， 它具有强大的加、上功能，尤其在对复杂曲面自动生成加工代码方而，具有独到 的优势。由于 Mastercam主要针对数控加工，所以其零件的设计造型功能不强，但 由于它对硬件的要求不高，且操作灵活、易学易用、价格较低，因此受到众多企 业的欢迎. （2) UGII CAD/CAM 系统 UGH 由美国 UGS 公司开发经销，其不仅具有复杂造型和数控加工的功能，还具有 管理复杂产品装配，进行多种设计方案的对比分析和优化等功能。该软件具有较好 的二次开发环境和数据交换能力。其庞人的模块群为企业提供了从产品设计、 产品分析、加工装配、检验，到过程管用、虚拟运作等全系列的技术持。由于软件 运行对计算机的硬件配置有很高要求，其再期试验版本只能在小型机和工作站上使。 随着微机配置的不断升级，已开始在微机上使。日前该软件在国际 CAD/CAM/CAE 市 场已占有较大的份额。 （3) Pro/ENCINEER Pro/ENGINEER 是美国 PTC 公司研制和开发的软件，它开创了三维 CAD/CAM 参 数化的先河该软件具有基于特征、全参数、全相关和单一数据库的特点，可用于 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 8 设计和加工复杂的零件。另外，它还具一有零件装配、机构仿真、有限元分析、逆 向上程、同步工程等功能。该软件也具有较好的二次开发环境和数据交换能力。 （4) CATIA CATIA.是最早实现曲面造型的软件，它开创了三维设计的新时代。它的出现， 首次实现了计算机完整描一述产品零件的主要信息，使 CAM 技术的开发有了现实的 基础。目前，CATIA 系统已发展成从产品设计、产品分析、加工、装配和检验，到 具有过程管理、虚拟动作等众多功能的大型 CAD/CAM/CAE 软件 （5) CAXA CAXA 是由我国北京北航海尔软件有限公司研制开发的全中文、面向数控铣床和 加工中心的三维 CAD/CAM 软件。CAXA 基于微机平台，采用原创 Windows 菜单和交互 方式，全中文界面，便于轻松地学习和操作。CAXA 全而支持图标菜单、工具条、快 捷键。用户还可以自由创建符合自己习惯的操作环境。CAXA 既具有线框造型、曲面 造型和实体造型的设计功能，又具有生成二至五轴的加工代码的数控加工功能，可 用于加工具有复杂二维曲面的零件，其特点是易学易用、价格较低，已在国内众多 企业、院校及研究院中得到应用。 2.22.2 CAD/CAMCAD/CAM 方案选择方案选择 硬件选择原则 1、系统功能 2、系统的开放性和可移植性 3、系统升级扩展能力、系统可靠性、 可维护性和服务质量。 软件选择原则 1、软件性能价格比 2、与硬件匹配 3、二次开发环境 4、开放性 5、软件商的综合能力 国外一些优秀的三维设计软件如：UG、Solid Works、Pro/Engineer、CATIA、AutoCAD 等都具有相当完善的实体建模技术。根据客 观条件以及 UG 软件的特点，本课题选用 UG NX4.0 进行模具结构的实体建模及编制 数控加工程序和用 AutoCAD2007 绘制装配图。 CAD/CAM 软件简介 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 9 1. AutoCAD 简介 AutoCAD 是美国 Autodesk 公司开发的一个具有交互式和强大二维功能的绘图软 件，如二维绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同 时有部分三维功能。AutoCAD 软件是目前世界上应用最广的 CAD 软件，占整个 CAD/CAE/CAM 软件市场的 37%左右，在中国二维绘图 CAD 软件市场占有绝对优势。 2. Unigraphics CAM 简介 UG 是集 CAD/CAM/CAE 于一体的三维参数化造型软件，具有实体、造型、曲面造 型、模拟装配、工程图样生成，有限元分析、机构运动分析、动力学分析、数控代 码生成、加工模拟等功能，它的特点主要有如下几点： （一）有统一的数据库、可实现 CAD/CAE/CAM 等各种模块间的自由切模。 （二）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模与参数化特征建模 技术融为一体。 （三）应用非均匀有理 B 样条 NURBS 进行曲面建模，可用多种方法进行复杂曲面的 构造。 （四）可方便地从实体模型直接生成二维工程图，并可对实体进行旋转剖、阶梯剖 得到各种剖视图。 3. UG 的主要功能模块有： （一）G/Gateway 为 UG 的入口，主要支持系统的文件操作，通过 Application 菜 单可进入其他模块。 （二）CAD 子系统 包括实体建模、特征建模、曲面建模和装配建模等基本功能模 块。 （三）CAM 子系统 可应用 CAD 子系统新建立的三维实体模型生成数 （四）CAE 子系统 包括了机构运动及动力学仿真，有限元分析模块。据代码，其 后置处理模块支持多种类型的数控机床。 （五）其他子系统 包括钣金设计模块、管道与布线模块，以及二次开发等功能模 块。 UG 的 CAD/CAM 集成工作流程见下图： 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 10 图 2-1 工作流程 4. UG CAM 模块 UG NX/CAM 模块由三维建模、刀具轨迹设计、刀轨编辑修改、加工仿真、后置处 理、数控编程模板、切削参数库设计和二次开发功能接口等组成。加工编程可分成 数控铣削、数控车削、数控电火花线切割等。 对于已建立的实体模型，均可生成精确的刀具路径。在交互操作过程中，可在 图形方式下编辑刀具路径，观察刀具的运动过程，生成刀具位置源文件，同时，可 应用其可视化功能，在屏幕上显示刀具轨迹，模拟刀具的真实切削过程，并通过过 切检查和残留材料检查，检测相关参数设置的正确性。生成的刀具路径，可以通过 后置处理产生用于指定机床的加工程序。 UG CAM 典型编程流程如图 2-2 所示。 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 11 图 2-2 UGCAM 典型编程流程 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 12 3 UG NX 的 CAD/CAM 子系统设计 3.13.1 基于基于 UGUG NXNX 的的 CADCAD 子系统设计子系统设计 UG 是当今世界上最先进的计算机辅助设计的软件之一。其曲面建模功能尤其出 色，在 CAD 中还可以实现参数化设计。UG/CAD 模块主要包括： （一）实体建模 （二）特征建模 （三）自由形状建模 （四）用户自定仪特征 （五）工程制图 （六）装配建模 （七）高级装配 （八）虚拟现实 （九）工业造型设计 （十）参数化设计等。 在模具设计当中运用最多是实体建模，该模块将基于约束的特征建模和显示几 何建模方法无缝结合起来，提供了强有力的“复合建模”工具，使用户可以充分利 用传统的实体、面、线框造型优势。在该模块中，可建二维和三维线框模型、扫描 和旋转实体以及进行布尔运算机参数化编辑等。另外，该模块还提供用于快速概念 设计的草图工具和一些通用的建模、编辑工具。该模块进行零件的参数化特征造型 设计，从而建立起三维实体，得到几何元素实体，获取零件的全信息模型，并生成 二维工程图，得到尺寸实体，获取相关的实体数据。 在设计顶盖后横梁外板拉深模时，利用 UGNX4.0 运行要点有以下几个方面： (一) 首先，打开 UGNX4.0 软件，进入建模模块，新建一个文件名为：N300- 24510935。 (二) 输入顶盖后横梁外板零件产品数模，根据零件产品形状建立工艺数模（即 取零件数模的外表面作为工艺数模） ，并确定模具的冲压方向及绘出模具的分模线和 压料面线框，作出模具的中心线。 （三）在工具条栏上面点击制图按钮进入制图画面，根据模具的长度、宽度画出 一个长方形线框，按下“完成”按钮，回到建模画面，根据模具闭合高度，利用长 方形线框生成一个实体。 （四）利用工艺数模把实体分割成两个实体，即上、下模的实体，上模即为凹模， 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 13 下模包括凸模和压边圈。把下模放在第二个图层，第一个图层是软件默认的图层， 即凹模在第一个图层。 （五）把第一个图层作为工作图层，关掉第二个图层，这时电脑屏幕上只剩下凹 模的实体，点击制图按钮进入制图画面，以中心线为准，根据模具的形状结构依次 画出模具的筋条线框，导向板位置线框以后，回到建模画面，利用线框用工具栏上 的“拉伸”按钮拉出实体，留出模具的壁厚，点击“求差”按钮，用拉出实体减去 凹模实体，即生成凹模的整体结构模型。 （如下图 3-1） 图 3-1 凹模 （六）把第二个图层作为工作图层，关掉第一个图层，这时电脑屏幕上只有下 模实体，根据模具的分模线框以及压边圈的高度依次把下模实体分割成四块实体， 把最上面的、外面的那一块放入第三个图层，这时电脑屏幕上只剩下凸模实体，点 击“求和”按钮，把几块实体合并为一块实体，点击“制图”按钮进入制图画面， 以中心线为准，依据画出筋条线框、导板位置线框、吊耳位置线框、压板位置线框， 然后回到建模画面，根据模具的形状结构，利用实体相加减的方法，依次生成凸模 的整体结构模型。 （如下图 3-2） 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 14 图 3-2 凸模 （七）把第三个图层作为工作图层，关掉第二个图层，这时电脑屏幕上的实体 就是压边圈的实体，点击“制图”按钮进入制图画面，以中心线为准，依据画出筋 条线框、导板位置线框、吊耳位置线框、压板位线框，然后回到建模画面，根据模 具的形状结构，利用实体相加减的方法, 依次生成压边圈的整体结构模型。 （如下 图 3-3） 图 3-3 压边圈 （八）将上述凹模、凸模、压边圈三个部分进行装配，就得到顶盖后横梁外板拉 深模的整体结构。 （九）模具设计的编辑。设计完成后整个模具的设计过程和特征构成将会在 UG 的部件导航器完全体现出来，构成一个树型结构，如果发现有哪里不够合理的，只 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 15 要按需要点击特征树上某一个特征，则可进行尺寸修改、重新定义、删除、隐藏等 操作。 （十）利用 UGNX4.0 的相关模块可以生成二维工程图。包括设定绘图规范，绘制 零件的各种视图，标注尺寸以及表面粗糙度、公差等，二维工程图符合工厂习惯， 可方便使用者读图。 3.23.2 基于基于 UG/CAMUG/CAM 子系统设计子系统设计 众所周知，UGCAM 就是 UG 的计算机辅助制造模块，与 UGCAD 模块紧密地集成在 一起。在当今世界上，属于最好的数控编程工具之一。 一方面 UGCAM 功能强大，可以实现对极其复杂零件和特别零件的加工，另一方 面对使用者而言，UGCAM 又是一个易于使用的编程工具。因此，UGCAM 应当是相关企 业和工程师的首选。特别是已经把 UGCAD 当作设计工具的企业，更应当 UGCAM 作为 编程工具。 UGCAM 可以为数控铣、数控车、数控电火花切割机编程。UGCAM 生成的 CAM 数据 与模型相关，若模型被修改，CAM 数据可以自动更改，以适应模型的变化，免除了重 新编程的工作，大大提高了工作效率。UGCAM 不仅可以直接利用产品主模型编程，更 重要的是可以利用装配模型编程。首先，在产品主模型建立以后，可以实现 UG 的并 行工作方式，使编程工作与制图分析工作由不同的人分别同时进行，互不干扰，其 优势是极其显著的。其次，利用装配模型编程的其他好处是可以将夹具考虑进去， 避免刀具与夹具之间的干涉，还可以将几个装配在一起组件一起加工 数控编程加工的一般工作流程 (一)导入 CAD 模型 导入 CAD 模型作为数控加工的第一步决定着之后操作的成败与否，其导入模型 的收缩率，单位或形状结构等参数必须符合实际要求。 (二)分析模型加工工艺 加工工艺分析就是指对零件的加工顺序进行规划，其具体安排应该根据零件的 结构=材料特性、夹紧特性、机床功能、加工部位的数据以及安装次数等进行活划分， 一般可根据刀具集中分序法、保证精度的原则等方法进行划分。 (三)建立数控加工坐标系是为了确定刀具或工件在机床中的位置，确定机床运 动部件的位置及其运动范围。统一规定数控加工坐标系各轴的含义及其正负方向， 可以简化程序编程，并使所编程的程序具有互换性。 (四)工件的装夹、校正 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 16 工件在进行切削加工之前，必须准确可靠地装夹在机床上，用来确定工件在机 床上的位置点，线或面，此过程称为定位基准。因为点或线一般由具体的表面体现， 所以工件的定位基准又称定位基准面。 装夹是指将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程，可采用虎钳或加底板抽 螺丝等方式装夹。装夹时首先将标准垫块放在虎钳口，并放入工件，接着轻轻锁紧 工件，然后通过百分表或千分表进行校正工件的水平和垂直位置。校正工件水平和 垂直位置后，再锁紧工件，然后再复核一次工件有没有移动。工件装夹还因该注意 到以下几点： （1）力求设计、工艺、与编程计算的基准统一。 （2）尽量减少装夹次数，尽可能做到在一次装夹定位后能加工出全部待加工的 部位。 （3）夹具要开畅、其定位、夹紧机构不能影响加工的走刀，避免刀具与夹紧机 构碰撞。 (五)设置加工切削参数 切削参数作为数控加工中的主导关键之一，其设置的可靠与否直接影响到加工 效率，刀具寿命或零件精度等问题。在数控加工过程中，并在人机交状态下及时选 择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确 定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优势，提高企 业的经济效益和生产水平。 (六)生成导轨并检验导轨 生成刀轨是指通过路径反映模型零件的切削位置（刀具的移动轨迹），UG 系统 为刀轨的生成提供了颜色的区分，使用户可以清晰地了解到模型零件上各个 位置的切削情况，并能有效地防止过切或撞刀的发生。 (七)NC 文件后处理和创建车间工艺文件 NC 文件是由 G、M 代码所组成并用于实际机床上加工的程序文件。该文件是数控 加工最终所得到的结果，也是直接用于实际，生产的程序文件。车间工艺文件也就 是数控加工程序单，是编程人员与机床操作员之间的交流平台，当编程人员每编完 一个模型零件的程序后，在数控加工程序单上填入文件编号、日期、程序名、刀具 类型、装夹长度、加工方式、余量和分中方式等参数，一些特殊工艺要求还需要编 程人员与机床操作员相互交流。以求达到共识。 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 17 3.33.3 数控加工工艺分析数控加工工艺分析 （1）零件的工艺分析析 分析零件的技术要求：尺寸精度要求、几何形状精度要求、位置精度要求、 表面粗糙度表面质量要求、热处理及其他技术要求 ； 检查零件图的完整性和正确性； . 分析零件结构工艺性：主要分析零件的加工内容采用数控加工时的可行性、 经济性、方便性； . 确定数控加工内容：确定零件适合数控加工的部位、结构和表面。 （2） 机床的选择 为了正确的为每一道工序选择机床，除了充分了解机床的性能外，尚需考虑以 下几点。 机床的类型与工序划分的原则想适应； 机床的主要规格尺寸应与工件的外形尺寸和加工表面的有关尺寸相适应； 机床的精度与工序要求的加工精度相适应。 （3） 确定定位基准和装夹方式 1）选择基准的三个基本要求： 所选基准应能保证工件定位准确装卸方便方便可靠； 所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单； 保证加工精度。 2）选择定位基准的原则： 尽量选择设计基准作为定位基准； 定位基准与设计基准不能统一时，应严格控制定位误差保证加工精度； 工件需两次以上装夹加工时，所选基准在一次装夹定位能完成全部关键精度 部位的加工； （3） 对夹具的基本要求 ： 夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开； 夹具在机床上能实现定向安装； 夹具的刚性与稳定性要好。 （3）选择加工方法 对于数控加工来说，应重点考虑几个方面： 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 18 能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求； 使走到路线最短，及可简化程序段，又减少刀具空行程的时间，提高加 工效率； 应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。 （4）确定加工顺序 零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序，这些工序直 接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。切削加工工序的安排原则：基面 先行、先粗后精、先主后次、先面后孔。 （5）刀具的选择 与传统加工方法相比，数控加工对刀具的要求，尤其在刚性和耐用度方面更为严 格。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关 因素正确选用刀具及刀柄。刀具的选择总的原则是：既要求精度高、强度大、刚性 好、耐用度高，又要求尺寸稳定，安装调整方便。在满足加工要求的前提下，尽量 选择较短的刀柄，以提高刀具的刚性。 当代所使用的金属切削刀具材料主要有五类：高速钢、硬质合金、陶瓷、立方 氮化硼（CBN） 、聚晶金刚石。 根据数控加工对刀具的要求，选用刀具材料的一般原则是尽可能使用硬质合 金刀具。只要加工情况允许选用硬质合金刀具，就不用高速钢刀具； 从刀具的结构应用方面，数控加工尽可能采用镶块式机夹可转位刀片一减少 刀具磨损后的更换和调整时间； 选用涂层刀具以提高耐磨性和耐用度。 综合以上因素，在结合加工工件的特点，本设计选用刀具都是标准化的， 8、10、12、16、20、25、30、32、40、50 系列的硬质合金球头刀、可转位圆弧立铣 刀等。 (6)确定进给路线 在进给路线时，针对数控机床的特点，应重点考虑以下两个方面： 保证零件的加工精度和表面粗糙度。当铣削外轮廓时，一般采用立铣刀沿外轮 廓曲线切线方向切入切出，避免产生刻痕而影响表面质量。 走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率。 （7）切削用量的选择 切削用量包括主轴的转速（切削速度） 、背吃刀量、进给量。如从刀具耐用度出 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 19 发，切削用量的选择方法是先选择背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后 确定切削速度。 粗、精加工切削用量的选择原则如下： 粗加工切削用量的选择原则 首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机 床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具的耐用度确定 最佳的切削速度。 精加工切削用量的选择原则 首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次 根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提 下，尽可能选取较高的切削速度。 合理选择切削用量对于发挥数控机床的最佳效益有着至关重要的关系，选择切 削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应该考虑经济性和加工 成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性 和加工成本。具体数值应根据机床说明书、刀具说明书、切削用量手册，并结合经 验而定。 1. 背吃刀量 ap 背吃刀量的选择主要由加工余量和表面粗糙度的要求决定。 在工件表面粗糙度值要求为 Ra31.5mRa25m 时，端铣的加工余量小于 6mm，粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大、工艺系统刚性比较差或机床动 力不足时，可分两次进给完成。 在工件表面粗糙度值要求为 Ra3.2mRa12.5m 时，可分粗铣和半精铣两步 进行，粗铣时背吃刀量或侧吃刀量的选取不同，粗铣后留 0.5mm1.0mm 余量，在半 精铣时切除。 在工件表面粗糙度值要求为 Ra0.8m Ra3.2m 时，可分粗铣、半精铣和精 铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取 1.5 mm2mm ；精铣时，面铣刀吃刀 量取 0.5mm1mm 2. 切削宽度 L 在编程软件中称为步距，一般切削宽度 L 与刀具直径 d 成正比，与切削深度成 反比。在粗加工中，步距取得大些有利于提高加工效率。使用平底刀进行切削时， 一般 L 的取值范围为：L=（0.60.9）d。而使用圆鼻刀进行加工，刀具直径应扣除 刀尖的圆角部分，即 d=D-2r(D 为刀具直径，r 为刀尖圆角半径)，而 L 可以取到 （0.80.9）d。而在使用球头刀进行精加工时，步距的确定首先考虑所能达到的精 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 20 度和表面粗糙度。 3. 切削速度 V V mx p e x P y z m q V c K ZaafT dC v V VVV 1 60 由式可知铣削的切削速度与刀具耐用度 T、每齿进给量 fz、背吃刀量 ap 侧吃刀 量 ae 以及铣刀齿数 Z 成反比，而与铣刀直径 d 成正比。其原因为 fz、ap、ae 和 Z 增大时，刀刃负荷增加，而且同时工作齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快， 从而限制了切削速度的提高。刀具耐用度的提高使允许使用的切削速度降低。但是 加大铣刀直径 d 则可改善散热条件，因而可提高切削速度。 铣削加工的切削速度，可参考附表 6-3 选取，也可参考有关切削用量手册中的 经验公式通过计算选取。 4. 主轴转速 n 单位 r/min，一般根据切削 V 来选定。计算公式为： n= 1000V/(D) 式中，D 为刀具直径为（mm） 。在使用球头刀时要做一些调整，球头铣刀的计算 直径 Def要小于铣刀直径 D，故其实际转速不应按铣 D 计算，而应按计算直径 Def计 算。 Def=DC-（DC-2ap） 0.5 DC为铣刀直径，ap为切削深度。而 n= 1000V/(Def) 数控机床的控制面板上一般备有主轴转速（倍率）开关，可加工过程中根据实 际加工情况对主轴转速进行调整。 5.进给速度 Vf 是指机床工作台在作插位时的进给速度，Vf的单位为 mm/min。Vf应根据零件的 加工精度和表面粗糙度、加工精度要求以及刀具和工件材料来选择。其中，fz 的选 取主要依据工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素，一般结合实 际采用刀具厂商的推荐值。Vf的增加也可以提高生产效率，但是刀具的耐用度也会 降低。加工表面粗糙度要求低时，Vf可选择得大些。进给速度可以按下面公式进行 计算： Vf=nzfz 式中： 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文） 21 Vf表示